實(shí)驗(yàn)室中的鮑哲南

　　鮑哲南手中拿著一款透明的薄膜材料，乍看就像是購(gòu)物頻道中熱銷的戳不破的保鮮膜。這是一種誕生于美國(guó)斯坦福大學(xué)化學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)電性、拉伸性俱佳的高分子材料。鮑哲南用專業(yè)科學(xué)術(shù)語(yǔ)將它稱為“柔性電極”。在未來(lái)，作為人造皮膚的材料，一方面，它具備高柔韌度的拉伸性，同時(shí)，和人類的皮膚一樣，它能夠自我修復(fù)，還可以進(jìn)行生物降解。更重要的是，這種材料是“有知覺(jué)”的，它有觸覺(jué)，不僅能感覺(jué)刺痛，也能感知周邊的溫度。

　　13年前，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的鮑哲南放棄了巨薪的誘惑和更優(yōu)渥的待遇，一頭扎進(jìn)了斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系，帶著一群學(xué)生編織起了一個(gè)關(guān)于“人造皮膚”的夢(mèng)想。在最新一期美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，由鮑哲南領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了相關(guān)的研究成果報(bào)告。

　　科幻電影中才會(huì)出現(xiàn)的人造皮膚，或許很快就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。作為主要發(fā)明者，鮑哲南從幕后走到前臺(tái)。繼2015年被權(quán)威科研期刊《自然》雜志評(píng)為年度十大科學(xué)人物之后，今年3月，鮑哲南獲得第19屆歐萊雅-聯(lián)合國(guó)教科文組織“世界杰出女科學(xué)家成就獎(jiǎng)”。站在一群杰出女科學(xué)家中間，鮑哲南顯得纖細(xì)嬌小，但她的發(fā)明卻被業(yè)界公認(rèn)為很可能顛覆現(xiàn)有的電子工業(yè)發(fā)展的格局。

　　第19屆歐萊雅-聯(lián)合國(guó)教科文組織“世界杰出女科學(xué)家成就獎(jiǎng)”授予五位杰出女科學(xué)家

　　接受第一財(cái)經(jīng)郵件專訪時(shí)，鮑哲南透露：“我們下一步的計(jì)劃，要去驗(yàn)證這種材料是否能夠植入生物肌體，是否會(huì)對(duì)肌體造成損害和傷害。”在以男性為主導(dǎo)的頂尖科學(xué)領(lǐng)域，鮑哲南猶如她發(fā)明的柔性電極，釋放著巨大的柔韌力量。

　　從解決實(shí)際問(wèn)題入手

　　按照鮑哲南的說(shuō)法，研發(fā)柔性電極并將其用于人造皮膚研發(fā)，有三個(gè)坎要過(guò)。“我們現(xiàn)在的電子器件都是用硬性材料做的，在測(cè)量中樞神經(jīng)電流、心臟電流時(shí)，植入大腦或心臟的電極可能損壞神經(jīng)或心臟組織。跟神經(jīng)接觸的電極必須像皮膚一樣柔軟，但這種材料之前不存在。所以，我們做的一件事情就是把這種柔性材料做出來(lái)。”根據(jù)《科學(xué)進(jìn)展》的報(bào)告，鮑哲南團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)選中了一種具有生物相容性，又有很強(qiáng)導(dǎo)電性的塑料。鮑哲南解釋說(shuō)：“之所以選擇這種材料，是為保證電極與人體接觸時(shí)的安全性。”但這種塑料比較脆弱，很容易碎裂，完全不適合作為可穿戴電子器件的載體。

　　為了增強(qiáng)這種塑料的韌性和承載能力，鮑哲南和她的團(tuán)隊(duì)嘗試用一種類似肥皂表面活性劑的分子作為添加劑對(duì)材料進(jìn)行了改良，徹底改變了塑料分子之間的作用力。“由分子形成的小顆粒狀形貌在添加劑的作用下變成了漁網(wǎng)狀形貌。漁網(wǎng)狀形貌具有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而使原本脆弱的高分子材料變得有韌性，而且極易拉伸。”經(jīng)過(guò)測(cè)試，改良后的新材料拉伸到原長(zhǎng)度的兩倍，仍能保持良好的導(dǎo)電率。

　　第二個(gè)坎就是讓材料擁有人類的觸覺(jué)和感知力。“為了解決觸覺(jué)問(wèn)題，我們特別設(shè)計(jì)了像金字塔一樣的形狀的傳感器，這種傳感器比人類的頭發(fā)細(xì)100倍。附在柔性的材料上，它們?nèi)跃哂泻軓?qiáng)的敏感度。”在解決感知力的問(wèn)題上，鮑哲南團(tuán)隊(duì)找尋到了一些電子電路材料，一旦溫度或者環(huán)境因素發(fā)生變化，這些電信號(hào)就會(huì)發(fā)生改變。

　　“最后一個(gè)挑戰(zhàn)是，讓傳感器和電信號(hào)的信息及時(shí)通過(guò)神經(jīng)中樞傳輸?shù)酱竽X，而大腦也必須理解這些電信號(hào)是什么含義。”按照鮑哲南的解釋，這就決定了電信號(hào)必須以一定的傳輸方式和一定的形狀和大腦“接觸”。“所以我們必須設(shè)計(jì)電子電路，讓它們最終變成大腦可以可以理解的信號(hào)。”柔性電極已經(jīng)進(jìn)入了動(dòng)物大腦感知驗(yàn)證階段。

　　盡管柔性電極材料可供人類使用的電子皮膚還需時(shí)日，但它已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。鮑哲南舉例說(shuō)，柔性電極中的觸覺(jué)傳感器可以被用來(lái)測(cè)試脈搏的跳動(dòng)，將其變成血壓的信息。而其溫度傳感器，則可以擔(dān)當(dāng)鋰電池充電時(shí)的高溫保護(hù)裝置，一旦出現(xiàn)過(guò)熱、超熱，溫度傳感器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并及時(shí)切斷電源，這種材料的自我修復(fù)功能甚至可以讓電動(dòng)汽車的鋰電池更加穩(wěn)定。

　　柔性電極是鮑哲南多年來(lái)在化學(xué)工程領(lǐng)域耕耘的結(jié)果。跟隨華裔高分子化學(xué)家于魯平，鮑哲南接觸到了學(xué)科交叉領(lǐng)域最前沿的研究。“這種感受就像一扇新奇無(wú)比的科學(xué)之門在你面前徐徐打開(kāi)。”此時(shí)，鮑哲南對(duì)化學(xué)已經(jīng)有了另一層領(lǐng)悟。“當(dāng)更深入地走進(jìn)科學(xué)的世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，去理解這些公式、理解這些數(shù)據(jù)是非常必要的。當(dāng)我意識(shí)到了這一點(diǎn)后，數(shù)據(jù)和公式在我眼中不再顯得那么枯燥和抽象，因?yàn)?，它們是解決具體的問(wèn)題的方式之一。”

　　“暴走英雄”的夢(mèng)想

　　鮑哲南的科研之路走得順風(fēng)順?biāo)?。博士畢業(yè)之后直接進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室，和物理學(xué)家、電子工程學(xué)家一起工作?？鐚W(xué)科的科學(xué)家們不斷擦出火花。“我們當(dāng)時(shí)根本沒(méi)有料想到她能夠獲得那么大的成就，”在接受媒體采訪時(shí)，鮑哲南的母親說(shuō)，女兒總是出乎他們的意料。“移民到美國(guó)之后，身邊的朋友就問(wèn)我，”你們?yōu)槭裁唇o孩子這么大的壓力，逼著她一直往前走？其實(shí)，我們哪有給她什么壓力，那些壓力都是她自己帶給自己的。“”在化學(xué)工程領(lǐng)域，鮑哲南是一塊金字招牌，很多科研基金和經(jīng)費(fèi)都是沖著她的研究而來(lái)的。“鮑哲南的合作伙伴對(duì)她的能力給予了極高的評(píng)價(jià)。幾家科技企業(yè)旗下的科研基金已經(jīng)為鮑哲南的研發(fā)項(xiàng)目投入了數(shù)百萬(wàn)美元。

　　鮑哲南也有過(guò)挫折。她在熱門的超導(dǎo)體﹑分子電子學(xué)和分子晶體科研領(lǐng)域與德國(guó)科學(xué)家舍恩等人合作過(guò)。2002年，舍恩在《自然》、《科學(xué)》等權(quán)威雜志發(fā)表論文，宣布他們制造出了世界上最小的納米晶體管，這一成果一度被認(rèn)為具備了沖刺諾貝爾獎(jiǎng)的實(shí)力。然而，論文的可信度引發(fā)了科研領(lǐng)域的諸多非議，針對(duì)鮑哲南的猜測(cè)和謠言隨之而來(lái)。不久之后，審查委員會(huì)指派專家小組對(duì)舍恩的研究項(xiàng)目開(kāi)展了全面調(diào)查，最終，審查委員會(huì)在結(jié)論報(bào)告中對(duì)事情有了定性：”舍恩確系造假，而其他20多名參與研究的科學(xué)家與舍恩造假案無(wú)關(guān)。包括鮑哲南在內(nèi)的其他研究人員并不知情，并沒(méi)有任何責(zé)任和過(guò)失，均被證實(shí)了清白。“

　　”我從來(lái)不認(rèn)為自己是天才或者天賦異稟的那種人，我能做到的就是堅(jiān)持不懈和保持樂(lè)觀。“鮑哲南坦言，科研很多時(shí)候需要科學(xué)思維加”笨辦法“。在這一點(diǎn)上，曾在南京大學(xué)物理學(xué)系擔(dān)任教授的父親對(duì)她影響非常大。”小時(shí)候，父親在散步的時(shí)候突然會(huì)問(wèn)我，冰在落到水上會(huì)浮起來(lái)還是沉下去，我想當(dāng)然地回答，因?yàn)槭枪腆w它會(huì)沉下去。父親就鼓勵(lì)我做個(gè)小實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證自己的想法，結(jié)果，我看到冰分明浮在水上，這才搞清楚，原來(lái)冰的密度比水小。“

　　曾經(jīng)的懵懂少女已經(jīng)成為擁有改變世界和人類未來(lái)生活的女科學(xué)家。鮑哲南想要改變的不只是未來(lái)，還有當(dāng)下。鮑哲南每天堅(jiān)持行走一個(gè)小時(shí)上下班，這在以車代步的美國(guó)很少見(jiàn)，她因此被評(píng)為斯坦福大學(xué)的”暴走英雄“，頭像被印在宣傳海報(bào)上。”來(lái)回走一個(gè)小時(shí)，既鍛煉身體，又可以聽(tīng)聽(tīng)新聞、打打電話，我非常喜歡這種生活方式，所以鼓勵(lì)身邊的人也這么做。“